[發明專利]一種基于盾構隧道襯砌結構的環縫自動識別方法

有效

• 申請號: 202011028530.9
• 申請日: 2020-09-27
• 公開（公告）號: CN112036508B
• 公開（公告）日: 2023-05-02
• 發明（設計）人: 王子軒;樊勇;劉天祥;戎澤峰;劉旺軍;倪傳清;趙紅濤;王世秀;賀祎侃
• 申請（專利權）人: 上海京海工程技術有限公司
• 主分類號: G06V10/774
• 分類號: G06V10/774;G06V10/762;G06V10/75;G06T3/00;G06T7/00
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本發明為一種基于盾構隧道襯砌結構的接縫自動識別方法，其特征在于包括以下步驟：S1:使用移動掃描系統進行盾構隧道三維點云采集；S2:隧道內壁正射投影圖像生成；S3:螺栓孔特征識別；S4:盾構隧道縱接縫提取；S5:先驗結構模板環生成；S6:盾構隧道橫接縫提取。本發明具備以下優點：從盾構隧道襯砌結構的特點出發，選取具有較強結構特征的螺栓孔作為識別特征，間接提取接縫信息，可以在一定程度上排除隧道內壁掃描遮擋、附屬設施干擾的影響，精度高、魯棒性強。采用先驗結構模板環的方式進行橫接縫識別，對通縫、錯縫隧道均具有較好的識別效果，操作簡便、通用性強，適合于實際工程應用。

技術領域

本發明涉及盾構隧道測量技術領域，具體涉及一種基于盾構隧道襯砌結構的環縫自動識別方法。

背景技術

近年來，隨著我國城市軌道交通行業的迅猛發展，地鐵隧道的數量和地鐵運營長度急劇增加，地鐵已成為城市中最主要的通勤工具，并隨之產生大量的地鐵隧道安全監測與維護工作。盾構隧道以其安全、環保、快速的優點在地鐵工程建設過程中被大量應用，盾構法隧道最顯著的特點是結構存在大量接縫，1km長的單圓盾構隧道其接縫總長度是隧道自身長度的20余倍，盾構隧道接縫位置往往是拼裝隧道的薄弱環節，管片橫、縱接縫是描述隧道環拼裝的重要結構特征。

隧道里程定位與拼裝環塊分割取決于對接縫的準確識別提取，隧道接縫信息的提取是完成隧道錯臺計算、全斷面收斂、BIM模型生成等后續成果的必備前提。

專利201410726695.1公開了基于三維掃描技術提取隧道錯臺的方法，通過激光掃描影像獲取隧道接縫信息，接縫信息為人工采集，效率過低。

專利201811566725.1公開了一種基于盾構隧道影像的管片接縫位置自動識別方法，該方法需要實現構建訓練集與測試集，圖像數據處理量較大，操作較繁瑣且易受隧道內線狀附屬結構干擾。

發明內容

本發明的目的是為了克服上述現有技術不足，提供一種基于盾構隧道襯砌結構的環縫自動識別方法，該方法采用移動掃描系統采集盾構隧道三維點云，根據盾構隧道結構特征，自動識別盾構隧道襯砌結構中特征較明顯的螺栓孔，間接提取盾構隧道中橫、縱接縫的位置，可廣泛用于通縫、錯縫隧道環縫的自動提取。

為了實現上述目的，本發明提供一種基于盾構隧道襯砌結構特征的環縫自動識別方法，包括步驟如下。

S1:使用移動掃描系統進行盾構隧道三維點云采集。

S2:隧道內壁正射投影圖像生成。

S3:螺栓孔特征識別。

S4:盾構隧道縱接縫提取。

S5:先驗結構模板環生成。

S6:盾構隧道橫接縫提取。

進一步的，所述的S2步驟中，使用圓柱投影模型進行盾構隧道正射投影，生成隧道內壁正射影像圖，此圖像用于接縫的人工先驗選取與接縫識別結果驗證。

進一步的，所述的S3步驟中，包含以下步驟。

S31:?選取隧道圖像上包含螺栓孔的區域范圍，沿隧道里程方向進行采樣，計算相應點到斷面擬合橢圓中心的距離，同時為了剔除附屬設施遮擋影響，在同一斷面采樣點集中選取距離最大值作為當前斷面采樣距離，構成采樣點集合G。

S32:利用螺栓孔設計寬度t_w與深度t_d作為閾值，對采樣點集合G中的點進行聚類分割算法，識別到全部t個聚類，構成聚類重心點集J。

S33:點集J中包含兩類點，分別為螺栓孔聚類點J_1，隧道壁點J_2，對識別到的全部聚類重心使用寬度為6的滑動窗口計算窗口內聚類重心平均值k，將窗口內距離小于k的點作為隧道壁點J_2，將距離大于k的點作為螺栓孔點J_1，將全部J_1構成螺栓孔點集H。